문맥 (context)
일반적으로, 비휘발성 메모리 소자는 셀의 구성 및 동작에 따라 NAND 타입과 NOR 타입으로 구분된다. 또한, 단위셀에 사용되는 전하저장층 물질의 종류에 따라 플로팅 게이트 계열의 메모리 소자, MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) 구조 또는 SONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) 구조의 메모리 소자로 나누어진다. 플로팅 게이트 계열의 메모리 소자는 전위우물(potential well)을 이용하여 기억특성을 구현하는 소자이고, MONOS 또는 SONOS 계열은 유전막인 실리콘 질화막의 벌크(bulk) 내에 존재하는 트랩사이트 또는 유전막과 유전막 사이의 계면 등에 존재하는 트랩사이트를 이용하여 기억특성을 구현한다. 상기 MONOS는 금속으로 이루어진 컨트롤 게이트를 구비하고, 상기 SONOS는 폴리실리콘으로 이루어진 컨트롤 게이트를 구비한다.
상기 SONOS 또는 MONOS 계열의 소자는 플로팅 게이트 계열의 비휘발성 메모리 소자에 비해 상대적으로 용이한 스케일링과 개선된 지속성 특성(endurance) 및 고른 문턱전압(threshold voltage) 분포를 갖는다.
이하에서, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 종래기술의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자에 대하여 설명하기로 한다. 도 1a 및 도 1b는 각각 종래기술의 실시예들에 따른 반도체 기판 및 유리기판 상에 형성된 비휘발성 메모리 소자를 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 종래기술의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자는 반도체 기판(1) 상에 차례로 제1산화막(2), 질화막(3) 및 제2산화막(4)이 형성된다. 상기 제2산화막(4) 상에 게이트 전극(5)이 형성되고, 상기 게이트 전극(5) 양측의 반도체 기판(1) 표면에 소오스영역(6) 및 드레인영역(7)이 형성된다.
상기 제1산화막(2)은 비휘발성 메모리에서 질화막(3) 내의 트랩 영역이나 질화막(4) 계면의 트랩 영역으로 전자들이 터널링할 수 있는 역할을 수행한다. 상기 제2산화막(4)은 질화막(4)과 게이트 전극(5) 간의 전하 이동을 막는 블로킹 역할을 수행한다. 상기 질화막(4)은 질화막(4) 내부의 트랩 영역이나 질화막(4) 계면의 트랩 영역에 전하를 저장하는 역할을 수행한다.
도 1b를 참조하면, 종래기술의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자는 유리기판(8) 상에 유리기판(8)을 보호하는 완충 산화막(9)이 형성되고, 상기 완충 산화막(9) 상에 플라즈마 CVD(Chemical Vapoer Deposition) 방법을 사용하여 비정절 실리콘 층을 형성한다. 상기 비정질 실리콘 층을 폴리실리콘 층(10)으로 변화시키기 위하여 상기 비정질 실리콘 층에 레이저를 조사하여 다결정화 시킨다.
또한, 상기 폴리실리콘 층(10) 상에 차례로 제1산화막(11), 질화막(12), 제2산화막(13) 및 게이트 전극(14)을 형성한다. 상기 게이트 전극(14) 양측의 폴리실리콘 층(10) 표면에 고농도 불순물을 도핑함으로써 소오스영역(15) 및 드레인영역(16)을 형성한다. 그러나, 상기 폴리실리콘 층(10)의 표면은 매우 거칠고, 불균일하여 유리기판 상에 비휘발성 메모리 제작시에 누설전류 특성이 열화된다는 문제가 있었다. 따라서, 상기 비휘발성 메모리 소자는 프로그래밍/소거 시에 정상적인 기능이 수행되지 않는다는 문제점을 갖는다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술이 일례가 최병덕 등에 의하여 등록된 한국등록특허 제0719680호(2007.05.11 등록)에 개시되어 있다. 상기 한국등록특허 제0719680호에 개시된 비휘발성 메모리 소자는 유기기판 상에 차례로 적층된 완충 산화막, 폴리실리콘층, 실리콘 산질화층, 제1절연막, 질화막, 제2절연막 및 금속 전극을 포함하여 구성된다. 상기 실리콘 산질화층은 아산화질소(N2O) 플라즈마를 사용하여 표면이 거친 폴리실리콘 층의 상부를 개질시켜 형성된다. 따라서, 상기 비휘발성 메모리 소자는 비정질 실리콘 층의 레이저 조사에 의해 발생되는 폴리실리콘 층의 표면 불균일과 거칠기에 의해 야기되는 과도한 누설 전류를 방지할 수 있다.
그러나, 상기 한국등록특허 제0719680호에 개시된 비휘발성 메모리 소자에서 상기 폴리실리콘층은 완충산화막 상에 비정질 실리콘층을 형성하고, 상기 비정질 실리콘층 상에 엑시머 레이저 결정화 또는 고상 결정화를 수행함으로써 결정화된다(crystallized). 따라서, 비휘발성 메모리 소자의 제조공정이 복잡해지고, 이에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조단가가 상승된다는 문제점이 있다.
지시문 (instruction)
주어진 원문을 읽고 필요한 정보를 파악하여, 원문에 근거해 질문에 답하라.
질문 (question)
유리기판 상에 비휘발성 메모리 소자를 제작할 때, 폴리실리콘 층의 표면이 매우 거칠고 불균일할 경우 발생하는 문제점과 그로 인해 기능이 수행되지 않는 시점은 언제인가?
추론 과정 (compact_reasoning)
-
1과제 해석
task_interpretation폴리실리콘 층의 표면 상태(거칠고 불균일함)가 유리기판 기반 비휘발성 메모리 소자에 미치는 부정적 영향과 기능 장애가 발생하는 조건을 파악한다.
-
2정보 추출
information_extraction폴리실리콘 층의 표면 특성과 그로 인한 결과, 그리고 기능 장애가 발생하는 시점을 문맥에서 추출한다.
- 폴리실리콘 층(10)의 표면은 매우 거칠고, 불균일하여 유리기판 상에 비휘발성 메모리 제작시에 누설전류 특성이 열화된다는 문제가 있었다.
- 따라서, 상기 비휘발성 메모리 소자는 프로그래밍/소거 시에 정상적인 기능이 수행되지 않는다는 문제점을 갖는다.
-
3근거 선택
evidence_selection표면 불균일로 인한 직접적인 결과인 '누설전류 특성 열화'와 기능 장애 조건인 '프로그래밍/소거 시'를 핵심 근거로 선정한다.
- 누설전류 특성이 열화된다
- 프로그래밍/소거 시에 정상적인 기능이 수행되지 않는다
-
4논리 통합
logical_integration표면의 거칠기/불균일함 → 누설전류 특성 열화 → 프로그래밍/소거 시 정상 기능 수행 불가라는 인과관계를 연결한다.
-
5결론 도출
conclusion_formulation질문에 따라 문제점(누설전류 특성 열화)과 조건(프로그래밍/소거 시)을 결합하여 결론을 도출한다.
- 누설전류 특성이 열화된다
- 프로그래밍/소거 시에 정상적인 기능이 수행되지 않는다
-
6답변 생성
answer_generation추출된 정보를 바탕으로 질문에 대한 완전한 문장 형태의 답변을 작성한다.
- 누설전류 특성이 열화된다
- 프로그래밍/소거 시에 정상적인 기능이 수행되지 않는다
최종 답변 (final_answer)
폴리실리콘 층의 표면이 매우 거칠고 불균일하면 누설전류 특성이 열화되는 문제가 발생하며, 이로 인해 프로그래밍/소거 시에 정상적인 기능이 수행되지 않는다.
핵심 해석 (core_interpretation)
유리기판 상에 형성된 폴리실리콘 층의 표면이 거칠고 불균일할 때 누설전류 특성이 열화되어 프로그래밍 및 소거 시에 정상적인 기능이 수행되지 않는다.